傍晚時分，"俾斯麥 "號艦長林德曼向呂特讓斯報告說，如果戰列艦再次全速航行，將沒有足夠的燃料抵達聖納澤爾，於是呂特讓斯下令改變航向，駛向比聖納澤爾近120海裏的布雷斯特。胡德號 "的沈沒沈重打擊了英國本土艦隊的士氣。英國人決定不惜壹切代價擊沈俾斯麥號。托維收到了來自 "諾福克 "號和 "薩福克 "號的報告，稱戰網正在縮小。托維指揮 "喬治五世國王 "號戰列艦向東北方向追擊俾斯麥號 120 海裏，"反擊 "號戰列巡洋艦在他的指揮下，"勝利 "號航空母艦、4 艘巡洋艦和 10 艘驅逐艦在 "反擊 "號戰列巡洋艦、"勝利 "號航空母艦、4 艘巡洋艦和 10 艘驅逐艦的指揮下。"俾斯麥 "號已陷入重圍，東面是 "羅德尼 "號戰列艦，北面是 "拉米雷斯 "號戰列艦和兩艘巡洋艦，西面是 "復仇 "號戰列艦。"復仇 "號戰列艦在東，"拉米雷斯 "號戰列艦和兩艘巡洋艦在北，"復仇 "號戰列艦在西。此外，由薩默維爾海軍中將指揮的 H 艦隊也奉命出航，其中包括戰列巡洋艦 "聲望 "號、航空母艦 "皇家方舟 "號、巡洋艦 "謝菲爾德 "號和 8 艘驅逐艦。謝菲爾德號和八艘驅逐艦也奉命離開直布羅陀向北航行。
由於德艦的最高航速為28節，超過了大多數英國艦艇的航速，托維知道，如果這樣追擊，俾斯麥號肯定會逃跑，而追上德艦的唯壹辦法就是想辦法讓它減速！於是，他果斷命令 "勝利 "號航母在四艘巡洋艦的掩護下高速前進，並出動艦載機攻擊德艦，以拖住 "俾斯麥 "號。
22時10分，"勝利 "號航母抵達距 "俾斯麥 "號約220公裏處，轉為上風方向起飛艦載機。在 "諾福克 "號的無線電引導下，9 架 "劍魚 "魚雷機於 23 時 27 分發現了 "俾斯麥 "號！德艦的高射炮猛烈開火，英機冒著猛烈的炮火勇敢地接近德艦，直到距離德艦 1000 米時才投下水雷！由於天氣惡劣，能見度低，英機只投下了 4 枚魚雷，其中壹枚擊中了德艦右舷中部，但對於裝甲厚實的 "俾斯麥 "號來說，問題不大。德艦集中了所有的防空火力，但由於夜色昏暗，很難捕捉到目標；在英國飛行員眼中，德艦也是模模糊糊的壹團。這場黑暗中的混戰持續了半個小時，英軍飛機才逐漸返回。呂特詹斯知道情況不妙，"劍魚 "魚雷機攻擊表名，英國皇家海軍就在附近海域，而 "俾斯麥 "號燃油不足，無法高速行駛。他想甩掉尾隨其後的 "諾福克 "號和 "薩福克 "號，與英國皇家海軍捉迷藏，但這並不容易。經過深思熟慮，他才想出了壹個計劃：自丹麥海峽海戰以來，俾斯麥號收到了兩艘英國艦艇的雷達回波。由於擔心遭到潛艇伏擊，"諾福克 "號和 "薩福克 "號采取了 "Z "形航線。當它們到達 Z 形航線的兩端時，俾斯麥號的雷達回波消失了。25 日 3 時 06 分，"薩福克 "號剛剛到達轉彎點。俾斯麥 "號突然左轉，向東駛去。
兩艘英國軍艦的雷達屏幕壹度陷入空白！托維接到雷達失去聯系的報告後，他知道原因不外乎三種，壹是信號幹擾，二是雷達操作失誤，三是德艦突然轉向，而第三種可能性最大，同時鑒於德艦損失了大量燃油，極有可能返回德國或與海上補給艦會合接受補給，於是他立即下令向北全面搜索，以期盡快重新發現德艦！這無異於大海撈針！更要命的是，英國人的搜索方向仍然是錯誤的，英國人采取了壹切可能的偵察措施和手段，但仍然壹無所獲！就在英軍壹籌莫展的時候，呂特簡斯自以為擺脫了英軍的追擊，松了壹口氣，便向德國海軍司令部報告了 "胡德 "號被擊沈、"威爾士親王 "號被擊傷以及自己的戰艦受損的情況，同時報告如下 取消 "萊茵演習 "準備返回法國，整封電報足足發了半個小時。這是英軍迫不及待的壹份厚禮！英國在愛爾蘭和直布羅陀的無線電測向站截獲了這封電報，並通過三角測量法準確測出了德艦的位置，托維隨即判斷德艦正試圖駛往法國布雷斯特，而此時，由於英國艦隊已經在海上航行了四天，"勝利 "號航母和 "反擊 "號。"反擊 "號因燃料耗盡已返回斯卡帕福爾，受傷的 "威爾士親王 "號也已返回英國，許多驅逐艦的燃料很快就會耗盡，不得不返回基地，這樣剩下的大型軍艦就會因缺少驅逐艦的掩護，大大增加遭到潛艇攻擊的危險。缺乏驅逐艦掩護將大大增加潛艇攻擊的危險，於是英國海軍從護航船隊和海岸巡邏隊中抽調了五艘驅逐艦，在維安上校的指揮下，前來支援。所有英國艦艇都朝著德國艦艇可能的方向航行。
5月26日上午，英軍已經沒有了德艦的確切消息，眼看圍攻行動即將失利，10時30分，壹架隸屬於英國空軍（據說也是暗中助戰的美國）的PBY "卡塔林娜 "水上飛機在布魯斯特以西約700海裏（1300公裏）處發現了 "布魯斯特 "號。(1300公裏）以西，發現俾斯麥號正以20節的速度駛向法國！托維的艦隊已經加入了 "羅德尼 "號的行列，但在德艦西北 130 海裏（240 公裏）處，如果沒有奇跡出現，很難追上，而其他方向的大部分軍艦距離太遠，根本幫不上忙！唯壹的希望就是薩默維爾指揮的H艦隊了，薩默維爾顯然意識到自己的艦隊已經從逃亡之師變成了絕對主力，因此，他壹接到托維的命令，就立即命令 "皇家方舟 "號航母起飛兩架偵察機前往德艦上空監視德艦，而這兩架偵察機也適時抵達了德艦上空，"卡塔利娜 "號是唯壹能追上德艦的戰機。卡塔林娜 "號水上飛機已經被德艦的高射炮擊傷，剛剛返航。薩默維爾深知自己責任重大，不敢有絲毫懈怠，他擔心偵察機會受到惡劣天氣的影響而失去目標，便派 "謝菲爾德 "號巡洋艦全速前進，用雷達牢牢盯住德艦。他知道，H 艦隊的 "威望 "號戰列巡洋艦體弱多病，裝甲單薄，在炮戰中不是俾斯麥的對手，而托維指揮的 "喬治五世國王 "號和 "羅德尼五世 "號也不是俾斯麥的對手。托維指揮的 "喬治王五世 "號和 "羅德尼 "號距離較遠，壹時半會兒追不上，只能依靠航母上的艦載機拖住 "俾斯麥 "號，以爭取時間等待主力的到來。
"皇家方舟 "號在狂風中起飛了14架 "劍魚"，四十分鐘後，艦隊發現了目標，興奮的飛行員們迫不及待地仔細觀察了壹番才發起攻擊，八架飛機投下魚雷後才發現那是壹艘 "謝菲爾德 "號。"謝菲爾德 "巡洋艦，好在這些魚雷要麽被軍艦躲過，要麽因為磁引信被海浪引爆，沒有對軍艦造成傷害，避免了誤炸的悲劇。魚雷機不得不返回航母。
此時，德國海軍也沒有閑著，正全員出動在附近海域的潛艇前來支援，其中U556號潛艇率先趕到，並成功接近到距離 "皇家方舟 "號航母只有400米的地方，可以清楚地看到它正在準備起飛，但遺憾的是，U556號潛艇在之前的巡航中已經將所有魚雷全部操作完畢，對此無能為力！遺憾的是，U556 已經在之前的巡航中用完了所有的魚雷，只能在城墻上無奈地看著！第二波 15 架****飛機攜帶觸發式魚雷返航，在 "謝菲爾德 "號的引導下，順利找到了目標。20 時 15 分，戰鬥打響。"劍魚 "從雲層中飛出，面對猛烈的高射炮火，從兩側同時發起攻擊。20 時 15 分，"劍魚 "號飛出雲層，從兩側同時發起攻擊。"俾斯麥 "號的小口徑機槍、104 毫米高射炮和 155 毫米副炮向魚雷機瘋狂掃射。戰列艦從左至右躲避著魚雷。這時，6枚魚雷同時襲來，俾斯麥號壹個大轉彎，成功避開了其中5枚，但艦尾損失了壹枚魚雷，舵柱被擊中並被擊毀。
俾斯麥號劇烈地搖晃了壹下，然後壹頭偏離了原來的航向，30分鐘後，機電部門報告說，左螺旋槳被炸毀，碎片卡住了舵，舵艙內有大量積水。林德曼提高了左螺旋槳的轉速，降低了右螺旋槳的轉速，試圖控制戰艦，但戰艦在慣性作用下向右猛烈擺動。他不得不通過加速壹個舷外螺旋槳和減速另壹個舷外螺旋槳來糾正偏差。俾斯麥 "號以僅 10 節的速度向法國海岸左右移動。這給了英國皇家海軍主力擊沈 "俾斯麥 "號的機會。托維上將松了壹口氣，他心中已經有了壹個勝利的目標。俾斯麥號已經癱瘓，而喬治五世號和羅德尼號戰列艦距離俾斯麥號只有 100 英裏，"皇家方舟 "號取得了勝利。檀香山號方舟為勝利贏得了寶貴的時間。但英國人並沒有急於進攻，而是小心翼翼地移動到有利位置，等待黎明來解決德國人。英國人不僅有兩艘戰列艦，還有壹大批巡洋艦和驅逐艦將參加戰鬥。
呂特簡斯向海軍司令部發報，請求立即提供飛機和潛艇支援。最高統帥部和海軍總司令都拼命為即將陣亡的將士們鼓勁，希特勒還親自發電報表彰呂特讓斯和林德曼以及所有戰列艦官兵。遵照命令，德國在法國的岸基飛機向最大半徑飛去，潛艇也已部署到位，但不可能有任何東西來得及。
5月27日上午終於到來，托維上將率領本土艦隊從西北方向駛向俾斯麥號。俾斯麥 "號仍然沒有方向控制，從東南方向蹣跚地向英軍駛來。
英國戰列艦在東南方向發現了迎面而來的敵艦。"喬治五世 "號戰列艦和 "羅德尼 "號戰列艦逐漸開始拉開距離，以形成對德軍的射擊角度，並分散德軍的火炮。羅德尼號戰列艦的前兩門三聯裝16英寸（406毫米）主炮開火，俾斯麥號也在最後壹戰爆發時還擊！
"俾斯麥 "號孤註壹擲，在沒有舵的情況下，開始艱難地向右緩慢轉向，包抄英國戰列艦，以充分發揮主炮的威力。兩艘英國戰列艦並不急於轉向，而是繼續向俾斯麥號靠近，同時用前部主炮猛烈開火。英國重巡洋艦 "諾福克 "號和 "多塞特郡 "號從德軍右側迂回，與戰列艦形成角陣。在巡洋艦的配合下，"羅德尼 "號的 16 英寸主炮和 "喬治五世 "號的 14 英寸主炮完全壓制住了德軍的 15 英寸主炮，英軍在 9 點鐘左右取得了第壹分。隨後，兩艘英國戰列艦右轉，開始將所有火炮向德國人傾斜。
英國戰列艦和巡洋艦從四面八方向德國人開火，同時不斷調整方向，以最佳位置面對俾斯麥號。俾斯麥 "號笨拙的機動無法應對四面八方飛來的英軍炮彈。俾斯麥 "號被大口徑炮彈擊中，炮塔相繼被摧毀。僅僅 30 分鐘，四個雙聯裝炮塔全部癱瘓。英軍大獲全勝，只有少數德軍近失炮彈造成輕微損傷。為了給俾斯麥號以更沈重的打擊，托維上將命令兩艘戰列艦繼續逼近敵艦，9 時 40 分，羅德尼號逼近俾斯麥號，距離只有 4000 碼。"俾斯麥 "號上的 9 門 16 英寸艦炮就像壹把把利斧，不斷砍向 "俾斯麥 "號垂死掙紮的軀體。眾多英國巡洋艦和驅逐艦也趕來痛擊德軍。曾經所向披靡的 "俾斯麥 "號現在成了血腥的屠宰場。艦上屍橫遍野，火光沖天。只有幾座副炮塔還屹立不倒，納粹的旗幟仍頑強地飄揚在桅桿上，絕望的德國人絲毫沒有投降的跡象。托維上將已不再擔心局勢，因為包括兩艘戰列艦在內的大多數艦艇都已耗盡燃料。上午 10 時 30 分，托維上將命令所有其他戰艦返航，而 "多塞特郡 "號重巡洋艦的任務是終結 "俾斯麥 "號。"俾斯麥 "號的生命"多塞特郡 "號移至 "俾斯麥 "號右舷，近距離發射了兩枚魚雷，雙雙命中。隨後，"多塞特郡 "號在德艦周圍連續射擊，直到5月27日10時40分，"俾斯麥 "號被大西洋冰冷的海水淹沒。"俾斯麥號永遠地沈沒了，海面上留下了數百名遇難的船員。"多塞特郡 "號放下繩索，讓德國船員爬上巡洋艦。"多塞特郡 "號拉起了約80名落水的德國船員，"毛利 "號驅逐艦救起了約25名船員。但救援工作還沒進行多久，英國人突然拉響了反潛警報。多塞特郡 "號掉頭就跑，全然不顧漂浮在船兩側的數百條生命。許多德國船員已經拉住了巡洋艦拋出的繩索，但他們被軍艦上的高速分隊割斷並甩了出去，或者被無情的海浪慣性甩了出去。僚機毛利號也跟著離開了現場。也許英國人別無選擇，但數百人的命運已經註定。在這數百人中，只有五人被德國氣象船 "薩克森瓦爾德 "號和壹艘潛艇救起。"俾斯麥 "號上有 2200 名船員，但幸存者總數***只有 110 人左右。收到戰鬥消息時，英國首相丘吉爾正在議會發表演講。他立即中斷演講，向議會全體議員宣布了這壹偉大勝利的消息。整個英國都沈浸在勝利的喜悅中，"胡德號的仇終於報了！"胡德號終於報了仇。但爭奪 "俾斯麥 "號的戰鬥似乎並沒有結束：5 月 28 日上午，壹群德國轟炸機對英國本土艦隊進行了報復。德國艦隊沒有發現托維的主力，只發現了馬紹爾號和韃靼號，它們是驅逐艦先頭部隊的壹部分。英國驅逐艦燃料不足，無處躲避德國轟炸機。不幸的 "馬紹爾群島 "號被炸彈擊中，迅速沈沒，50 名船員成為戰鬥中最後的傷亡者，幸存者在 "韃靼 "號上獲救。戰鬥區域接近德軍轟炸機的半徑極限。
這次空襲的結果並不能彌補 "俾斯麥 "號的損失，但它確實表明，如果 "俾斯麥 "號及時進入德國空軍的轟炸半徑，它幾乎肯定會逃脫失敗的命運。盡管耗油量很大,......，但也許可以冒險壹試，當然這也只是可能而已。
對 "俾斯麥 "號的追擊終於結束了，原本作為海上突擊的 "萊茵計劃 "變成了第二次世界大戰大西洋戰場上最殘酷的海戰之壹。英德最強大的胡德號和俾斯麥號戰列艦成為大西洋海底的殘骸，加上馬紹爾號戰列艦上的 50 名陣亡者，共有約 3560 名官兵在戰鬥中犧牲。總共約有 3560 名官兵葬身大海。德軍不但沒有取得戰略突破，反而失去了扭轉德國水面艦隊頹勢的最後機會，德國水面艦隊從此壹蹶不振。